Digitální televizní příjem DVB – T Ing.Vítězslav Jeřábek, CSc 2008 jerabek@fel.cvut.cz

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex České televize bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex České Radiokomunikace bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex Czech Digital Group bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex Telefonica bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Přenos TV signálu Typy TV vysílání: LDTV – nízká rozlišovací schopnost SDTV – standartní rozlišovací schopnost, počet obrazových bodů 864x625, poměr stran 4:3 HDTV – vysoká rozlišovací schopnost, počet obrazových bodů 1920 x 1080, poměr stran 16:9

Přenos digitálního TV signálu Základní charakteristiky digitálního přenosu TV signálu Vysílání více programů v jednom TV kanálu SDTV Několik zvukových doprovodů Současný přenos dalších programů – rádio, služby a.p. Pružná volba kvality obrazu a zvuku až po HDTV Možnost zavedení podmíněného přístupu CA Vysoká kvalita příjmu TV i v složitých příjmových podmínkách Možnost budování jednokmitočtových sítí SFN Na pokrytí území stačí vysílač s menším výkonem než u analogových vysílačů

Přenos digitálního TV signálu Výhody digitálního TV příjmu Zvýšení počtu programů Zvýšení kvality TV programů Možnost poskytování doplňkových služeb Možnost vnitřního přenosného příjmu Ušetření nákladů za vysílání Optimální vzužití kmitočtového spektra s SFN Nevýhody digitálního TV příjmu Nutnost investice do set-top boxů ( STB) a přestavbu společných TV antén (STA) Nutnost investice do vybavení TV studií a TV sítí Při příjmu nekvalitního signálu dochází k mrznutí, kostičkování a příp. k úplnému výpadku příjmu „Cliff efekt“

Přenos TV signálu Problémy s přenosem analogové TV

Přenos TV signálu Srovnání kvality analogového a digitálního TV vysílání

Přenos TV signálu Nekomprimovaný TV signál Y – jasový signál CB , CR – chrominační signál Vzorkování TV signálu (ITU-R 601) Jasový signál – vzorkovací kmitočet 13,5 MHz Chrominační signál - vzorkovací kmitočet 6,75 MHz Číslicové formáty TV signálu Základní studiový RGB formát – 4:4:4 Složkové kódování Y, CB , CR – 4:2:2 Komprimovaný TV signál Y, CB , CR – 4:2:0 Chrominační složky se střídají ob řádek, používá se pro DVB-T přenosy

Digitální TV vysílání DVB (Digital Video Brodcasting) – jde o mezinárodní konsorcium vytvořené TV společnostmi, výrobci a síťovými operátory celkem 260 členů z 35 států světa DVB založeno 1993, vydává doporučení pro budování DVB Typy DVB : DVB-S družicové digitální video vysílání DVB-C kabelové digitální video vysílání DVB-T pozemské digitální video vysílání DVB-H (handheld) kapesní digitální video vysílání (mobilní TF)

DVB-T přenos Varianty systému DVB-T: Podle počtu nosných COFDM Systém 2k má 1705 nosných v kanálu 7 resp. 8 MHz Systém 8k má 6817 nosných v kanálu 7 resp. 8 MHz Dle způsobu modulace - QPSK, 16 QAM a 64 QAM Varianty DVB-T: Varianta C2 – současný přenos 4 TV programů (RS kód 188, 204, 8; FEC 2/3; 64 QAM; mód 8k; D/T = ¼; 19,91 Mbit/s) Varianta B2 – současný přenos 3 TV programů (RS kód 188, 204, 8; FEC 2/3; 16 QAM; mód 8k; D/T = ¼; 13,27 Mbit/s) Varianta A2 - vhodná pro mobilní příjem ( QPSK; FEC 2/3; 6,6 Mbit/s)

DVB-T přenos Typy kódování dle Shannonova schématu Zdrojové kódování – převedení analogového obrazu a zvuku do digitální formy (nekompri-movaný formát ITU R-601) využitím DPCM a komprimace využitím standartu MPEG tak, aby bylo možno signál přenášet v analogovém TV kanálu PAL, SECAM, NTSC Kanálové kódování – zabezpečuje komprimovaný signál proti chybám Modulace – využívá se více nosných v systému OFDM s modulacemi m-QAM, QPSK a.p.

Vysílač pro multiplexování a komprimované zpracování digitálního TV DVB–T přenos Vysílač pro multiplexování a komprimované zpracování digitálního TV

Standard MPEG skupinou ISO/IEC Moving Picture Experts Group – MPEG – Zdrojové kódování obrazu - přenosový standard vyvinutý skupinou ISO/IEC Moving Picture Experts Group – MPEG – umožňující číslicový signál komprimovat z 270 Mbitů/s na 4 – 15 Mbitů/s Kódování s kompresí MPEG-2

Standard MPEG Typy komprimačních metod obrazu v MPEG-2 Zdrojové kódování: Diferenční impulsní kódové modulace DPCM – na místo PCM (kódování amplitud) převádíme na kód pouze jejich změny Kosinová transformace – nahrazujeme prostorové rozložení kódovaných hodnot spektrem jeho frekvenčních složek s amplitudami (transformačními koeficienty ) Entropické kódování- kódování s proměnnou délkou slova VLC např. Huffmanův kód, u často přenášených vzorků je krátká a naopak Kanálové kódování : Protichybové zabezpečení FEC- skupinové chyby Reed Solomonův blokový kód, vnitřní bitové chyby konvoluční kód

Prediktor DPCM u soustav MPEG Standard MPEG Prediktor DPCM - porovnává hodnotu aktuálního vzorku s hodnotou předpověděnou, získanou v dřívějším cyklu Prediktor DPCM u soustav MPEG ( SD – akuální vzorek, SP – předpověděný vzorek, D – rozdíl )

Standard MPEG Rozložení koeficientů u kosinové diskrétní transformace

Standard MPEG Komprimační a zabezpečovací obvody pro digitální TV vysílání

Standard MPEG Standart MPEG-4 Poprvé vytvořen a publikován v roce 1998 Zásadně vylepšuje kompresní metody I. generace pro MPEG-2 z hlediska kompresní účinnosti a flexibility. Předpokládá se pro SDTV bitový tok 1Mb/s V roce 2003 dokončeny práce na MPEG-4 část 10, která využívá komprimační metody II. generace: Waveletová transformace WT Kódování dílčích pásem SBC (Sub Band Cosiny) Vektorová transformace VQ

Standart MPEG Kódování zvukových signálů v MPEG - 1 Blokové schéma digitálního zvukového přenosu v MPEG - 1

Standart MPEG Využitá zvuková kódování ve standartu MPEG Základní kódování pro DVB-T je MPEG-1, vrstva 1 a 2 Nová využívaná kódování MPEG-4 dle H.264, AAC (Advance Audio Coding), MP3 (MPEG-1, vrstva 3) Zvukový signál PCM používá vzorkování 48 kHz s 16 bitovým kódováním celkem 768 kb/s Dynamická změna intervalu kvantizačních stupňů Q pro snížení bitové rychlosti v závislosti na síle signálu až na 200 kb/s. Kvantizační šum je maskován signálem, kde N je šumový výkon N = Q2 / 12

OFDM modulace

OFDM modulace Další vlastnosti OFDM modulace: Nosné jsou ortogonálně rozděleny po šířce kanálu Kromě přenášených dat rámec obsahuje spojité a rozptýlené pilotní buňky, které zajišťují synchronizaci rámců, kmitočtu, času a.p.

OFDM modulace Význam OFDM ochranných intervalů D při mnohonásobných odrazech

Příjem DVB - T Řešení TV rozvodů pro příjem DVB-T Přímý rozvod televizních kanálů s digitálními multiplexy – nejjednodušší varianta, dobrý stav rozvodu STA z hlediska šířky pásma (K>60) a vyzařování. Každý úč. má STB. Rozvod televizních kanálů s kmitočtovými měniči – lze využít stávajících rozvodů STA, nutno využít 4. TV pásma. 3. pásmo obsazeno a STB neumí S kanály a některé ani VHF D/K. Každý úč. má STB. Převod DVB-T signálů na analogové D/A měniči – lze využít stávajících rozvodů STA. Vyšší cena modulů. Na každý TV program jeden modul. Úč. nemusí mít STB. Převod DVB-T na DVB-C – ekonomicky náročné řešení, spíše pro velké rozvody TKR.

Příjem DVB - T Podmínky příjmu DVB-T signálů na sídlištích

Příjem DVB - T Skupinový digitální pozemní a satelitní přijímač GRUNDIG STC 1200

Příjem DVB - T Blokové schéma skupinového digitálního pozemního a satelitního přijímače

Digitální TV v domácnosti Individuální pozemní DVB-T příjem přes set-top-box

Digitální TV v domácnosti Digitální přijímač Set Top Box (STB) STB je samostatný přijímač digitálního pozemského (terestriálního) vysílání ve spojení s běžným TV přijímačem a venkovní nebo pokojovou anténou STB konvertuje digitální TV signál na analogový, který lze přijímat běžným televizním přijímačem (TVP) Uživatelské vybavení STB – vstupní F nebo IEC konektor pro připojení antény, výstupní SCART, S-VHS, IEC konektor pro připojení TVP, dálkový ovladač, štěrbinu pro kartu s podmíněným přístupem (pouze vyšší modely)

Digitální Set Top Box Základní funkce STB: Příjem volně vysílaných TV a R programů DVB-T vysílaných v pásmech VHF a UHF Příjem elektronického programového průvodce a teletextu Programové vybavení s obrazovkovým menu pro nastavení funkcí Funkce automatického vyhledávání multiplexů DVB-T a detekce programů Zobrazení jednoduché informace o síle a kvalitě signálu Rodičovský zámek, funkce časovače s automatickým vypnutím Reset do výrobního nastavení

Digitální Set Top Box Blokové schéma Set Top Boxu propřipojeného k TVP

Digitální Set Top Box Bloky Set Top Boxu – funkce Tuner – vybírá jeden TV kanál o šířce 7 nebo 8 MHz, konvertuje vf. signál do základního pásma COFDM demodulátor – čip obsahující FFT, demodulátory QAM, QPSK, Viterbiho a RS dekodér. Na výstupu je MPEG-2. Descrembler – obvod pro zabránění neautorizovanému přístupu k sledování placené TV Demultiplexor- rozděluje obrazové, zvukové a datové toky Dekodér MPEG – obsahuje tři dekodéry (video, audio a datový) Mikroprocesor – řídí procesy dekódování datových toků, zpracování servisních informací a uživatelského rozhraní. Často se slučuje s dekodérem MPEG-2.

Digitální Set Top Box Blokové schéma Set Top Boxu pro interaktivní komunikaci přes MHP (Multimedia Home Platform). Na přijímací straně se předpokládá použití obrazovky a ovladače nebo bezdrátové klávesnice.

Příjem DVB - T Antény pro příjem DVB-T: Pokojové antény – pouze místa se silným signálem. Pole značně nehomogení, proto všesměrová anténa – jednoduchý dipól nebo prutová anténa (H-polarizace) Širokopásmová anténa reflektorová stěna – je vhodná pro příjem DVB-T,má dobrou směrovost a ziskovou frekvenční charakteristiku Směrová anténa Yagi- jde o směrovou anténu s vysokým ziskem.Je vhodná pro dálkový příjem,nebo v místech s více vysílači

Příjem DVB - T Graf závislosti citlivosti DVB-T na rušivé impulsy pro 2k a 8k Efekt impulsního rušení na dekódování obrazu

Digitální Set Top Box Příklad jednoduchého řešení STB Technisat

Digitální Set Top Box Přijímač DVB-T velikosti USB klíče s přídavnou anténou do PC a jeho blokové schéma

Digitální Set Top Box Blokové schéma zapojení PCI karty pro příjem DVB-T

Digitální Set Top Box

Digitální Set Top Box

Digitální Set Top Box

Digitální TV v domácnosti Příjem různých typů TV digitálních signálů na Integrovaný digitální televizor